看著這張圖，你想到了什麼呢？這些儀態萬千、精雕細琢、藝術品一般的小珠寶，是一種肉眼無法看見、卻無處不在的小生物——硅藻。
從海洋到湖泊，從熱帶暗礁到北極浮冰，從淡水到鹹水，硅藻的兄弟姐妹遍布全世界。科學家認為，硅藻是種類最豐富的真核生物，可能有多達20萬種。別看它們個子小，硅藻對其他生物卻至關重要。甚至，你現在呼吸著的氧氣，有1/5都來自它們的光合作用呢。今天就讓咱們一起來走進硅藻的神奇世界吧！
硅藻是一種體積非常微小的單細胞浮遊植物。10個硅藻排排坐，還能塞進一個針尖裡。它們雖然變化多端，但是結構都大同小異——像一個小盒子，由上下兩個蓋子扣在一起組成。上面的蓋子直徑略大，把稍小的下蓋扣合在裡面，就像培養皿那樣。這個小盒子就是它們的細胞壁，厚度大約只有1/4微米，幾乎全部由非晶質的二氧化矽和果膠組成。所以呢，說它們像珠寶，不如說更像珠寶盒。
▲上下蓋扣合在一起的硅藻
▲上下蓋分開的硅藻
硅藻的小盒子上遍布精巧複雜的花紋和孔洞，有的蓋子邊緣還有一圈小刺，看上去很像人工雕琢的古董首飾盒，但它卻是大自然的傑作。
▲首飾盒一般的硅藻
顯微鏡讓我們可以一窺這些花紋深層的秘密——花紋實際上是由更細微的孔洞排列而成。這些繁複精緻的結構，讓人驚嘆不已，以至於科學家第一次在顯微鏡下看到硅藻時，以為它們是某種晶體。
▲硅藻殼的微觀結構，孔洞中布滿了更加微小的孔洞
面對這樣美妙的紋飾，再精巧的手工藝也黯然失色。所以，科學家曾經認為，這些美麗的花紋就是一種浪費。可是，事實果真如此嗎？
德國科學家對此進行了研究，並在《自然》雜誌上發表了論文。他們嘗試用玻璃微針壓碎活硅藻，卻發現它們堅硬異常，有的甚至能承受每平方米100-700噸的重量。通過有限元分析推算出，如果藻殼變光滑，其強度會減少60％。科學家認為，硅藻似乎在外殼重量和強度之間找到了完美的平衡。它那紋飾繁密的外殼，比中世紀最精良的鎧甲還要巧妙得多。如果掠食者不把硅藻弄碎就囫圇吞下去，硅藻有可能完好無損地排出來。
▲科學家用玻璃微針對硅藻進行壓力測試
硅藻最主要的繁殖方式是無性繁殖。它們的分裂有點類似俄羅斯套娃。分裂時，硅藻會打開自己的小盒子，將上蓋和下蓋分開——這兩個蓋子都將成為子代硅藻稍大的那個「上蓋」，在裡面會長出一個稍小的下蓋，再次扣合在一起，成為兩個完整的子代硅藻。這時，其中一個硅藻和原來的一樣大，另一個就會稍小一點。
▲硅藻的分裂
如此這般進行下去，總有一個幸運的硅藻永遠保持原來的大小。而總是分到下蓋的那個不幸的孩子就會越來越小。直到縮小到最初的1/3時，它們就再也不想縮小了。這時為了恢復到原來的尺寸，它們不再分裂，而是通過硅藻特有的生殖細胞——復大孢子，來進行有性繁殖。兩個不願意再縮小的小硅藻一拍即合，相互靠攏，將它們減數分裂產生的精子和卵子結合，形成一個合子。這個合子包裹在一層薄膜內，逐漸長大，這就是復大孢子。復大孢子慢慢長成一個最大尺寸的硅藻。新的一代誕生，而新一輪的俄羅斯套「藻」遊戲又開始了。
硅藻殼裡的矽，到底是怎麼來的呢？英國布裡斯託大學的科學家將假微型海鏈藻（Thalassiosira pseudonana）體內與矽轉運蛋白有關的遺傳物質植入釀酒酵母，進行了研究。酵母是一種實驗室裡常用的微生物，它們可以生產出大量來自其他生物的蛋白質。
研究者發現，這種蛋白質結合了溶解於水中的矽酸，帶著它們穿過了細胞膜，進入硅藻體內。他們還發現，根據環境的不同，硅藻還會產生幾種親和性不同的矽轉運蛋白。
一旦矽酸進入了硅藻的細胞，就能被轉化為特殊形式的二氧化矽。美國喬治亞理工學院的科學家發現，假微型海鏈藻的蛋白質不僅能將矽酸礦化為二氧化矽，還能形成外殼的骨架，有可能正是硅藻形狀如此多變的決定性因素。
硅藻雖小，但擁有非常古老的歷史。目前已知最早的硅藻化石來自白堊紀。有報告稱，在寒武紀和三疊紀的化石中，也發現了疑似它們的身影。還有一份號稱來自侏羅紀的硅藻化石，不過受到了專家的質疑。
大部分硅藻化石都沉積在始新世和中新世的地層中，比如下面這張。這是一個遠古硅藻的其中一個蓋子，來自中新世的海洋沉積物。
▲一個中新世的硅藻殼化石。圖/加州大學古生物學博物館
然而，硅藻的起源遠遠早於化石的記錄。有人認為，它們起源於2.5億年前的晚二疊紀生物大滅絕時期。
▲矽的循環
關於硅藻的起源，還有一個有趣的故事。2013年，英國白金漢大學的天體生物學家錢德勒•維克馬辛格（Chandra Wickramasinghe）聲稱在斯裡蘭卡發現的一塊隕石中包含著一個硅藻化石，認為這是地球生物來自太空的證據。不過這個發現受到了學術界的廣泛質疑。有的質疑他的隕石是假的，有的質疑刊登這篇論文的《宇宙學雜誌》（ Journal of Cosmology）根本不是一本嚴肅的科學雜誌。以《邪惡宇宙》聞名的美國天文學家菲利普•普雷特（Philip Cary Plait）則說：「維克馬辛格太狂熱了。他認為一切都來自於太空。他認為流感來自外太空，SARS來自外太空……這個表單將會越來越長。我認為這只是他的搞笑表單中的其中一個。」你認為呢？
▲維克馬辛格發現的硅藻化石
硅藻化石最富集的地方，就是硅藻土。這是古代的硅藻遺骸下沉到海洋或湖泊底部，沉積所形成的一種生物沉積巖。今天，它們被開採出來，應用到十分廣泛的領域，例如過濾劑、乾燥劑、催化劑載體、吸附劑、拋光劑、環保隔熱隔音材料、玻璃鋼和橡膠填料、造紙、農業粉劑等等，甚至還可以做殺蟲劑。一些牙膏和化妝品中也包含硅藻土。
世界上第一位將硅藻土運用到工業領域的人是諾貝爾。發明了硝化甘油的他，發現硅藻土具有化學惰性，吸水能力也很強，就將其製成了一種容易處理的固體塑膠炸藥。它的爆炸力比普通炸藥高五倍，而硝化甘油對震動和溫度敏感、運輸困難等缺點，卻被有效的消除了。不過由於當時顯微鏡技術有限，人們還無法知道硅藻的真實面貌。
▲諾貝爾
在一些季節性的湖泊，硅藻沉積物形成了一層一層的結構，可以讓科學家觀察到環境在一段時間內的變化，是優良的古代環境指示圖。
硅藻的數量之大，超乎我們的想像。每一個小小的硅藻，都在不停的進行著光合作用，吸收二氧化碳，釋放出氧氣。數以億兆的硅藻一起進行這個過程，帶來了兩個非常重要的結果：組成了全球25%的初級生產力，並生產出大氣中20%的氧氣——相當於地球上所有熱帶雨林所產生的氧氣。
這巨大的成就，來源於億萬年中，每一個小硅藻不停歇的生命過程。雖然它們小到連肉眼都看不見，但卻擁有了改變世界的能力。這生命的奇蹟怎能不叫人讚嘆！
▲手繪硅藻
圖片來自《自然界的藝術形態》（德國生物學家恩斯特•海克爾（Ernst Haeckel）於1904年出版的平板印刷插畫圖鑑）
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本文來源公眾號【奇異界】作者汪汪汪所原創，轉載請註明出處！